DOI:10.1016/j.msec.2020.111401

准确、快速地检测有害分子、微生物、污染物和毒素目前仍然是一项全球性挑战。黄曲霉毒素B1（AFB1）是一种有毒有害的真菌产物，对人类和动物具有致癌、致突变和免疫抑制作用。因此，食品和饮料中AFB1的筛查对预防食源性疾病具有重要意义。在本研究中，在具备集成聚丙烯腈/氧化锌（PAN/ZnO）纳米纤维的微流控设备中检测到AFB1分子，该纳米纤维由静电纺丝和原子层沉积（ALD）技术制备而成。对PAN/ZnO纳米纤维进行了结构和光学分析，并将具有最合适特性的样品用于AFB1检测。为了获得对AFB1的生物识别层，分别使用（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）、戊二醛（GA）、牛血清白蛋白（BSA）和单克隆抗体（抗AFB1）对PAN/ZnO样品进行了修饰。随后，将基于光致发光（PL）的免疫传感器整合到微流体单元中，并进行AFB1检测。分析了由AFB1和抗AFB1复合物形成引起的PL变化机理。该方法能够检测最低浓度（LOD）约39 pg/ml的AFB1，而灵敏度范围评估为0.1-20 ng/ml。所获得的LOD和灵敏度值以及检测方法的简便性，使该方法具有进一步的应用前景。

图1.（a）实验装置的照片，其中（1）-带管的微流体单元；（2）-AFB1样本；（3）-蠕动泵；（4）-AFB1废物；（5）-激光；（6），（7）和（8）-镜子和透镜系统，（9）-集光器。（b）在PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1结构上基于PL的AFB1检测的实验设置方案。

图2.PAN/ZnO纳米纤维的SEM图像：（a-c）不同放大倍数的PAN/ZnO50nm顶视图；单纳米纤维的芯鞘结构（厚度约50nm）（d）；PAN/ZnO20nm纳米纤维的晶体结构（e-f）。

图3.PAN/ZnO纳米纤维的TEM图像：ZnO层20nm（c，e，f）；ZnO层50nm（a，b，d）。

图4.PAN/ZnO纳米纤维的XRD光谱（a）和ZnO层厚度为20nm的单纳米纤维的EDX映射（b）。

图5.具有不同厚度ZnO层的PAN/ZnO纳米纤维的PL光谱（a）和（b）用高斯函数计算出的PL解卷积；插图-ZnO纳米结构中可能的光学跃迁及其能量，其中有自由激子（FE），单电离的氧空位（Vo+），双电离的氧空位（Vo++）和氧间隙（Oi）。

图6.逐步生物功能化过程（a）和（b）以下生物功能化阶段的FTIR光谱：深蓝色-PAN/ZnO20nm块状样品；明亮的蓝线-PAN/ZnO20nm/APTES；绿色-PAN/ZnO20nm/APTES/GA；红线-PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1。

图7.达到稳态条件后，在含样品的不同AFB1浓度（从下到上）中孵育后，PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1生物传感器的光致发光光谱；（b）在PL峰值位置（λ=565nm）测得的响应曲线。

图8.两种类型表面修饰的ZnO纳米层的能带图示意图：PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1/BSA（a）和PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1/BSA＆AFB1（b）。跃迁1是在紫外光照射下电子-空穴对的激发，2-电子到缺陷能级的非辐射跃迁，3是辐射跃迁，即可见区域中的PL，4-空间电荷区域（SCR）中的非辐射跃迁，5'表示电子从表面迁移到ZnO内部，5''表示空穴从内部迁移到ZnO界面。

图9.PL峰值最大值（在λ=565nm时）与AFB1浓度的关系；（b）分析物（AFB1）与PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1结构相互作用的等温线；（c）计算PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1结构对AFB1的敏感性。

图10.通过荧光共聚焦显微镜获得的图像：（a）块状PAN/ZnO20nm纳米纤维（b）和PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1结构。（c）PAN/ZnO20nm/APTES/GA/Anti-AFB1时间分辨PL强度，AFB1的浓度为10 ng/ml。